[发明专利]一种水分散型聚丙烯酰胺类聚合物的制备方法

说明书

本发明公开了一种水分散型聚丙烯酰胺类聚合物的制备方法，属于污水处理、钢铁、石化、造纸、印染、制糖、建材等领域。该方法采用溶液聚合和半连续分散聚合方法，制备具有特殊拓扑结构的聚丙烯酰胺类聚合物分散液，其粒径为10nm～50μm。该方法可以可控地引入支化结构，最终制备具有嵌段、星形、超支化、核壳结构、微凝胶等多种拓扑结构的丙烯酰胺类聚合物水相分散液。同传统水相分散聚合方法相比，该方法具有产品结构可调控，无需额外添加稳定剂等优点。

技术领域

本发明属于污水处理、钢铁、石化、造纸、印染、制糖、建材等领域，涉及一种水分散型聚丙烯酰胺类聚合物的制备方法，尤其涉及一种适用于分散、粘附、絮凝及流变控制且具有超支化、核壳型及星形结构的丙烯酰胺类聚合物的水分散液的合成方法。

背景技术

丙烯酰胺类聚合物广泛应用于污水处理、钢铁、石化、造纸、印染、制糖、建材等领域，包括非离子型，阳离子型，阴离子型和两亲性聚合物。

丙烯酰胺类聚合物一般有溶液聚合、反相乳液聚合、水相分散聚合三种制备方法。溶液聚合时，由于聚丙烯酰胺水溶液中存在大量氢键，聚合物链缠结严重，当溶液固含率过高或分子量过大时，体系的粘度很高，导致反应难以进行控制。由于溶液聚合较低固含率，获得所需制备的聚合物干样需要脱出大量的水，增加了能耗。反相乳液聚合虽然能提高体系的固含率与分子量，但体系中引入了大量的有机溶剂与乳化剂，容易对环境造成污染。水相分散聚合则同时克服了上述两种聚合方法的缺点，符合绿色化工的发展趋势。

水相分散聚合发生分相原因，是在分散剂的极性溶液中，溶于溶液中的丙烯酰胺单体发生聚合后无法与分散剂共存，聚合物受到分散剂的排斥进而发生分相。美国专利US4380600公开了水溶性乙烯基单体在聚乙二醇水溶液中的聚合，合成了乙烯基单体聚合物的水相分散乳液。CN1631915A中采用无机盐作为分散剂。CN1752119A则采用了乙醇与水的混合溶剂且不使用分散剂的方式，制备了丙烯酰胺水相分散液。

在分相发生后，体系中的粒子之间容易发生聚并导致乳液的稳定性下降，因此需要向体系中加入稳定剂。稳定剂通过接枝或吸附在粒子表面，并通过位阻效应或静电排斥效应阻止粒子的聚并，从而提高乳液的稳定性。CN104193868A采用聚乙烯吡咯烷酮作为稳定剂，合成聚丙烯酰胺类水分散乳液。CN101016352A以无机盐做分散剂，低分子量阳离子聚合物做稳定剂，合成线形无规阳离子型聚丙烯酰胺水分散液。CN101899133A公开了在无机盐作为分散剂的条件下，引入带有可反应基团的大分子单体为稳定剂接枝在聚合物表面，并以离子聚合物作为助稳定剂，合成线形无规阳离子型聚丙烯酰胺水包水乳液。因此，可考虑使用丙烯酰胺与阳离子单体的无规共聚物作为聚合的大分子RAFT链转移剂，实现水相分散体系中丙烯酰胺的聚合过程。由于这一大分子RAFT链转移剂可以维持分散体系的稳定，这一方法无需额外提供稳定剂。

目前，广泛使用的乙烯基或丙烯酰胺类聚合物以线性结构为主，如以丙烯酰胺及其共聚物作为工业上絮凝剂为例，聚合物的分子量与使用效果呈正相关。然而，高分子量的聚合物在水中的溶解性差，溶解速率低，而且聚合物溶液粘度大，这些缺点造成诸多不便，提高了使用成本。另外，丙烯酰胺与部分功能性单体的无规共聚物，将降低功能性单体的利用率。因此，需要设计并制备各种具有特殊拓扑结构的丙烯酰胺类聚合物。这一目标可以借助RAFT聚合物与半连续操作来实现。Wang等(Macromolecules,2010,43:4062–4069)在水溶液中采用RAFT聚合的方法，并将二烯类化合物以半连续滴加交联剂的方法加入体系中，成功制备了具有超支化结构的聚丙烯酰胺。同时，通过调整半连续加料的具体方法，可以实现对聚合物支化结构的有效调控。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种水分散型聚丙烯酰胺类聚合物的制备方法。